ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ
ТА ПЕРШИХ ЕОМ

Історія появи ЕОМ і персональних комп’ютерів нараховує всього кілька десятиліть. Попередній період використання обчислювальної техніки можна віднести до епохи застосування засобів, які створені на механічному та електромеханічному принципу дії.

Ч. Беббідж заклав перші ідеї сучасного комп’ютера. Він винайшов ефективний спосіб додавання чисел за схемою з наскрізним переносом, створив нові перфокарти (рис. 1) як постійні носії інформації, запропонував принцип функціонування універсальної обчислювальної машини для розрахунків у різних областях, сформулював принципи умовних переходів за результатами обчислень, запропонував використовувати пристрої друку результатів після закінчення розрахунків. Усі ці принципи збереглися й у сучасних ЕОМ. Англійський математик набагато випередив свій час, але тільки через 100 років пропозиції Ч.Беббіджа були повною мірою реалізовані.

Рис. 1. Перфокарта, формат IBM

В 1833 р. кембриджський математик Чарльз Беббідж розробив універсальну автоматичну машину для будь-яких обчислень, яку назвали «аналітичною» (в 1819 р. Ч. Беббідж приступив до будівництва своєї машини). Першим програмістом першого комп’ютера була Ада Августа Лавлейс (рис. 2), дочка поета Байрона. Згодом, на честь її ім’я була названа один з мов програмування. Машина була механічною, рахунок вівся за допомогою шестірень. Більше 70-ти років, спочатку сам Беббідж, а потім його син будували машину (до 1910 р.). Оскільки машина була громіздкою – тільки зубчатих коліс для неї знадобилося б більше 50 000. Змусити таку машину працювати можна було, як і передбачав Ч. Беббідж, тільки за допомогою парової машини.

Рис. 2. Ада Августа Лавлейс – перший в світі програміст

Незважаючи на те, що різницева машина не була побудована її винахідником, для майбутнього розвитку обчислювальної техніки головним виявилося інше: аналітична обчислювальна машина стала прообразом сучасного цифрового комп’ютера (рис. 3). У єдину логічну схему Чарльз Беббідж взяв арифметичний пристрій, регістри пам’яті, об’єднані в єдине ціле, і пристрій уведення/виведення, реалізований за допомогою перфокарт трьох типів. Перфокарти операцій перемикали машину між режимами додавання, віднімання, ділення та множення. Перфокарти змінних управляли передачею даних з пам’яті в арифметичний пристрій і навпаки. Числові перфокарти могли бути використані як для уведення даних у машину, так і для збереження результатів обчислень, якщо пам’яті було недостатньо. Швидкість обчислень: додавання і віднімання – за 1 с, множення і ділення – за 1 хв. Крім арифметичних операцій виконувалась команда умовного переходу.

Рис. 3. Аналітична універсальна цифрова обчислювальна машина Ч. Беббіджа

Ера механізмів і механічних машин для обчислень тривала приблизно до 1944 р. Тоді ж з’явилися й інші рахункові механічні машини, але фундаментального впливу на розвиток обчислювальної техніки вони не зробили.

У 1870 р. англійський математик Вільям Стенлі Джевонс сконструював «логічну машину», що дозволяла механізувати найпростіші логічні висновки. В 1884-1887 рр. Герман Холлеріт (рис. 4), застосувавши один із принципів Ч. Беббіджа – використання перфокарт, розробив електричну табулювальну систему, яка використовувалася при переписах населення США 1890 і 1900 рр., а також в Російській імперії в 1897 р.

Рис. 4. Герман Холлеріт

Конструкторами логічних машин у Росії стали Павло Дмитрович Хрущов і Олександр Миколайович Щукарєв, які працювали в навчальних закладах України. Першим відтворив машину В. Джевонса професор П.Д. Хрущов. Екземпляр машини, створений ним в Одесі, одержав «у спадщину» професор Харківського технологічного інституту О.М. Щукарєв, де він працював починаючи з 1911 р. Він сконструював машину заново (рис. 5), привнісши в неї цілий ряд удосконалень, і неодноразово виступав із лекціями про машину і про її можливі практичні застосування. Одна з лекцій була прочитана в 1914 р. у Політехнічному музеї в Москві. Присутній на лекції проф. А.Н. Соков писав: «Якщо ми маємо арифмометри, що додають, віднімають, множать мільйонні цифри поворотом важеля, то, очевидно, час потребує мати логічну машину, спроможну робити безпомилкові висновки одним натисканням відповідних клавіш. Це збереже масу часу, залишивши людині галузь творчості, гіпотез, фантазії, натхнення – душу життя». Ці пророчі слова були сказані в 1914 p. (в той час Алану Тьюрінгу було всього 2 роки)! Таким чином, у Алана Тьюрінга, який опублікував в 1950 р. статтю «Чи може машина мислити?», були попередники в Україні, що цікавилися цим питанням.

Рис. 5. Логічна машина О.М. Щукарєва

В XX ст. наростаючими темпами в життя людства впроваджувалася електрика. В 1933 р. Дж. Комрі сконструював першу містобудівельну електромеханічну машину для обчислень.

У 1935 р. Конрад Цузе вирішив зробити (у себе вдома!) цифрову обчислювальну машину з програмним керуванням і з використанням (вперше у світі!) двійкової системи числення. У 1938 р. машина «Z1» («Zuse 1») (рис. 6) запрацювала. «Z1» був двійковим механічним обчислювачем з електричним приводом і обмеженою можливістю програмування. Вводилися та виводилися дані в десятковій системі, у вигляді чисел із плаваючою крапкою. Уведення команд і даних здійснювався за допомогою клавіатури, зробленої на основі друкарської машинки, а вивід – за допомогою маленької панелі на лампочках. Пам’ять обчислювача була організована за допомогою конденсатора. Така конструкція дозволяла зберігати 64 22-бітних дійсних числа, кожне з яких складалося з 14-бітної мантиси та 8 біт, які відведені під знак і порядок. Процесор мав 2 22-бітних регістри. Тактова частота становила 1 Гц, швидкодія – у середньому 1 множення за 5 сек. Машина була обладнана пристроєм читання перфокарт. Машина займала близько 4 м2. Вага пристрою досягала 500 кг.

Рис. 6. Репродукція комп’ютера «Z1» («Zuse 1»)
в Музеї техніки, Берлін

Множення та ділення виконувалися за допомогою тієї ж процедури повторних додавань і віднімань, які використовував ще Блез Паскаль у конструкції своєї підсумовуючої машини. Зчитувальні інструкції програми відразу виконувалися, не завантажуючись в пам’ять.

«Z1» працювала ненадійно через недостатню точність виконання складових частин. Для виконання розрахунків у практичному застосуванні машина не використовувалася. На основі «Z1» К. Цузе розробив інші програмувальні машини «Z2», «Z3», «Z4» і т.д. В 1987-1989 рр. Цузе відтворив «Z1». Закінчена модель нараховувала 30 000 компонентів.

У 1939 p., Джон Вінсент Атанасов і Кліффорд Беррі розробили «Atanasoff-Berry Computer» («ABC») (рис. 7). Конструкція нараховувала більше 300 електровакуумних ламп, в якості пам’яті використовувався барабан, який обертається. Незважаючи на те, що машина «ABC» не була програмованою, вона була першою машиною, яка використовувала електронні лампи.

Рис. 7. Комп’ютер Атанасова-Беррі

У комп’ютері «АВС» були окремо виконані блоки арифметичного і оперативного запам’ятовуючого пристроїв. Арифметичний пристрій було виконано на радіолампах, а оперативний запам’ятовуючий пристрій – на обертовому барабані з конденсаторами. В машині використовувалася двійкова система числення. Вихідні дані вводилися в машину за допомогою перфокарт у десятковій формі. Потім в машині здійснювалося перетворення десяткового коду в двійковий, в якому і проводилися всі обчислення. Кожне машинне слово складалося з 50 двійкових розрядів. Зовнішня пам’ять була виконана на типовому обладнанні для введення і виведення перфокарт, і це був самий ненадійний блок обчислювальної машини.

Через вступ США у війну і перехід Дж. Атанасова на дослідницьку роботу військового значення його обчислювальна машина залишилася незавершеною. Коли Дж. Атанасов демобілізувався з армії, виявилося, що ЕОМ вже створена, і він втратив інтерес до цієї роботи. В 1941 р. К. Цузе створив більш вдосконалену модель – «Z3», яку сьогодні багато хто вважає першим комп’ютером з програмним керуванням, що реально діяв. Втім, програмування цього двійкового обчислювача, зібраного, як і попередня модель «Z2», на основі телефонних реле, також була обмеженою. Проте, «Z3» першим серед обчислювальних машин Цузе набув практичного застосування й використовувався для розрахунків, пов’язаних з конструюванням літаків і керованих ракет німецьким Дослідницьким інститутом аеродинаміки.

Порядок обчислень можна було вибрати заздалегідь, однак умовні переходи та цикли були відсутні. Характеристика: частота – 5,3 Гц; арифметичний пристрій із плаваючою крапкою, пам’ять – 22 біта, виконував додавання, віднімання, множення, ділення, квадратний корінь; середня швидкість обчислення: операція додавання 0,8 с, множення 3 с; споживання енергії 4000 Ват; маса 1000 кг; 2600 елементів реле: 600 – в арифметичному пристрої, 2000 – у пристрої пам’яті. Пам’ять: 64 слова з довжиною в 22 біта. Уведення та вивід: десяткові числа із плаваючою крапкою. Крім того, «Z3» займала значно менше місця і коштувала дешевше, ніж американський комп’ютер «Маrk-І».

В 1960 р. компанією «Zuse KG» була виконана реконструкція «Z3», у цей час вона розміщена в експозиції «Німецького музею» у Мюнхені (Німеччина).

У 1942-43 рр. у Великобританії за участю Алана Тьюрінга була створена обчислювальна машина «Colossus» (розробники М. Ньюмен і Т.Ф. Флауерс) (рис. 8). У ній, замість електромеханічних реле, було 2 000 електронних ламп. Машина призначалася для розшифровування радіограм німецького вермахту. Тисячі перехоплених німецьких повідомлень вводилися в пам’ять «Colossus» так, як пропонував Алан Тьюрінг, – у вигляді символів, закодованих на перфострічці. Стрічку вводили в фотоелектричний зчитувальний пристрій, який сканував її з швидкістю 5000 символів/с. Після цього в пошуках відповідності машина зіставляла зашифроване повідомлення з уже відомими кодами. Кожна машина мала п’ять зчитувальних пристроїв. В результаті за секунду оброблялося близько 25 000 символів.

Рис. 8. Обчислювальна машина «Colossus»

Хоча використання вакуумних ламп на той час було великим кроком вперед, «Colossus» не вплинула на розвиток обчислювальної техніки. Оскільки вона була не універсальною, а спеціалізованою машиною, застосування якої обмежувалося розшифровкою секретних кодів. Крім того, розробка і склад команд трималися в секреті до 1970 р., а алгоритми дешифрування – ще більший термін.

На жаль, роботи К. Цузе і А. Тьюрінга були секретними, тому в той час про них було мало інформації.

В 1944 р. учений Гарвардського інституту Говард Айкен створює першу в США релейно-механічну цифрову обчислювальну машину «Маrk-І» (рис. 9). Математик втілив більшу частину ідей Ч.Беббіджа. Машина додавала числа з точністю до 23 знаків після крапки за 0,3 с; множила за 5,7 с; ділила за 15,3 с; мала пам’ять для 132 чисел. За своїми властивостями (продуктивність, об’єм пам’яті) вона була близька до «Z3», але значно відрізнялася розмірами (довжина 17 м, висота 2,5 м, вага 5 тонн, 500 000 механічних деталей), використовувалася десяткова система числення.

Рис. 9. Обчислювальна машина «Маrk-І»

Але, незважаючи на певні переваги комп’ютера, він не приніс того успіху, на який розраховували. Якщо Ч. Беббідж набагато випередив свій час, то Г. Айкен у технічному плані використовував застарілі рішення (використав ті ж зубчаті колеса). По суті, «Маrk-I» застарів ще до того, як був побудований.

В 1945 р. з’явилася електронно-обчислювальна машина «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Computer – електронний цифровий інтегратор і комп’ютер) (рис. 10), створена в США Джоном Мочлі та Джоном Преспером Еккертом. Перспективність електронної техніки стала очевидною (в машині використовувалося 18 000 електронних ламп і вона виконувала 5 000 операцій додавання, 300 операцій множення за секунду, тобто в 100 разів швидше, ніж релейна обчислювальна машина; довжина – 30 м, маса – 30 тонн; електронний варіант (як в «Colossus») механічної машини Паскаля). Проте в іншому «ENIAC» не дуже відрізнявся від «Маrk-І». У ньому використовувалася десяткова система числення. Розрядність слів – 10 десяткових розрядів. Ємність електронної пам’яті – 20 слів. Уведення програм – з комутаційного поля, що створювало масу незручностей: зміна програми займала багато годин і навіть днів. Це було досить вагомим аргументом, щоб відмовитися від спроб використовувати «ENIAC» як універсальний комп’ютер.

Рис. 10. ЕОМ «ENIAC»

У червні 1945 р. як американський математик Джон фон Нейман приєднався до групи Д. Мочлі та Д. Еккерта як консультант та підготував звіт на 101 сторінці, у якому узагальнив плани роботи над машиною «EDVAC» (Electronic Discret Variable Automatic Computer, електронний дискретний змінний комп’ютер). Цей звіт, під назвою «Попередня доповідь про машину EDVAC» являв собою опис не тільки самої машини, але й її логічних властивостей:
• «Так як закінчений пристрій буде універсальною обчислювальною машиною, він повинен містити кілька основних органів, таких як орган арифметики, пам’яті, керування та зв’язок з оператором. Ми хочемо, щоб після початку обчислень робота машини не залежала від оператора».
• «Очевидно, що машина повинна бути здатна запам’ятовувати певним чином не тільки цифрову інформацію, необхідну для даного обчислення... але також і команди, що керують програмою, яка повинна робити обчислення над цими числовими даними».
• «Якщо команди машини звести до числового коду і якщо машина зможе деяким чином відрізняти число від команди, то орган пам’яті можна використовувати для зберігання як чисел, так і команд».
• «Якщо пам’ять для команд є просто органом пам’яті, то повинен існувати ще орган, який може автоматично виконувати команди, що зберігаються в пам’яті. Ми будемо називати цей орган керуючим».
• «Оскільки наш пристрій повинен бути обчислювальною машиною, то у ньому повинен бути арифметичний орган... пристрій, здатний додавати, віднімати, множити та ділити».
• «Нарешті, повинен існувати орган уведення та виведення, за допомогою якого здійснюється зв’язок між оператором і машиною». У цій статті були висловлені два основних принципи, які одержали практичне застосування у всіх сучасних ЕОМ: перехід до двійкової системи числення для подання чисел і використання збереженої програми. Програма обчислень стала доступною для перетворень за допомогою обчислювальної машини. Так виникло програмування.

Після публікації Дж. фон Неймана Моріс Уілкс із Кембриджського Університету (Великобританія) вирішив зробити британський комп’ютер з архітектурою фон Неймана – «EDSAC» (Electronic Delay Storage Automatic Computer – електронний автоматичний обчислювач із пам’яттю на лініях затримки) (рис. 11), один з перших повністю електронних комп’ютерів. Створення комп’ютера було закінчено на два місяці раніше, ніж «EDVAC», у травні 1946 р. Тоді ж на «EDSAC» були запущені перші програми: обчислення таблиці квадратів і списку простих чисел. Таким чином, «EDSAC» став першим електронним комп’ютером, що реалізує концепцію збереженої програми. По своїх параметрах він був аналогічний американському прототипу – використовував перфострічки для введення/виведення, електронні лампи для обчислень, лінії затримки на ртутних трубках для оперативної пам’яті, розмір якої становив 512 двійкових слів. На відміну від американської машини, ця ЕОМ підтримувала концепцію підпрограм, з яких складалися програми. Для «EDSAC» було зроблено кілька десятків підпрограм: для обчислень із плаваючою крапкою, роботи з комплексними числами, векторами та матрицями, обчислення логарифмів, тригонометричних функцій і арифметичних коренів довільного степеня та ін. В 1949 р. додали можливість запису програм не на машинних кодах, а символьною мовою, яка стала першою мовою асемблера. «EDSAC» використовували для обслуговування дослідницьких потреб університету: у теоретичній хімії, радіоастрономії та ін. В 1951 р. за допомогою цього комп’ютера було відкрите 79-значне просте число – найбільше з відомих у той час. В 1952 р. для комп’ютера «EDSAC» з підключеним пристроєм виведення на електронно-променевих трубках була розроблена програма «Хрестики-Нулики», що стала першою комп’ютерною грою.

Рис. 11. ЕОМ «EDSAC»

«EDVAC» (Electronic Discrete Automatic Variable Computer) – електронний дискретний змінний комп’ютер (рис. 12). Його внутрішня пам’ять містила не тільки дані, але й програму. Інструкції тепер не «впаювалися» у схеми апаратури, а записувалися електронним способом у спеціальних пристроях (лініях затримки). Кристали, поміщені в трубку, генерували імпульси, які, поширюючись по трубці, зберігали інформацію. Крім того, «EDVAC» кодував у двійковій системі, що дозволило значно скоротити кількість електронних ламп. Наприкінці 1944 р., коли Мочлі та Еккерт працювали над машиною «EDVAC», на допомогу їм був спрямований консультант – Джон фон Нейман. В 1946 р. «EDVAC» запрацювала.

Рис. 12. ЕОМ «EDVAC»

В 1947 р. в київському Інституті електротехніки була організована лабораторія моделювання та обчислювальної техніки, де під керівництвом С.О. Лебедєва була створена машина «МЕОМ» (мала електронна обчислювальна машина) – перша вітчизняна обчислювальна машина (рис. 13). Вона була однією з перших у світі та першою на європейському континенті машиною зі збереженою в пам’яті програмою.

Рис. 13. Перша вітчизняна обчислювальна машина «МЕОМ»

Цікавий факт: Лебедєв почав розробку обчислювального апарата ще в 30-х рр. Але тільки в 1951 р. машина була успішно запущена та почала працювати з повним завантаженням.

«МЕОМ» виконувала операції додавання, віднімання, множення, ділення, порівняння з урахуванням знаку, порівняння по абсолютній величині, передачу чисел з магнітного барабана та додавання команд. Уведення даних здійснювалося за допомогою перфокарт або штекерного комутатора, також допускалося використання магнітного барабана, який вміщував до 5 000 кодів чисел або команд. Характеристики ЕОМ: універсальний математичний пристрій паралельної дії на тригерних комірках; двійкове подання чисел з фіксованою крапкою, 16 розрядів на число та один розряд на знак; трьохадресна система команд, 20 двійкових розрядів на команду: перші 4 розряди – код операції, наступні 5 – адреса першого операнда, ще 5 – адреса другого операнда, і останні 6 – адреса результату операції; оперативна пам’ять на тригерних комірках, на 31 число для даних і на 63 команди; штекерна постійна пам’ять, на 31 число для даних і на 63 команди; тактова частота 5 кГц; 3000 оп/хв; 6000 електровакуумних ламп; площа 60 м2; споживана потужність близько 25 кВт. В 1952 р. на «МЕОМ» проводились надсекретні розрахунки, пов’язані з ракетобудуванням і створенням водневої бомби. Машину використовували для досліджень інституту до 1957 р.

МЕОМ втілила базові принципи побудови обчислювальної системи, які Лебедєв розробив сам. Про те, що аналогічні принципи висунуті фон Нейманом, наші вчені довідаються з публікацій пізніше. І хоч нашим ученим були відомі дані про західні машини, але вони були настільки далекі від технічної деталізації, що про копіювання не могло бути й мови.

Однак ера механічних машин закінчувала свій часовий історичний відрізок. Як далекі предки електронно-обчислювальних машин, так і перші машини створювалися, по суті, для певних цілей – для розрахунків у математиці (таблиці логарифмів), для моделювання фізичних процесів і явищ, для різних розрахунків у реальній повсякденній практичній діяльності. Однак, у таких фундаментальних науках або областях знань як економіка, цей принцип реалізовувався щоразу по-своєму.

Отже, протягом механічного, релейного і на початку електронного періоду розвитку цифрова обчислювальна техніка залишалася областю техніки, наукові основи якої тільки дозрівали. Цифрова обчислювальна техніка в цей час була ще недосконалою і багато в чому поступалася аналоговій, що мала у своєму арсеналі механічні інтегратори, машини для розв’язування диференційних рівнянь та ін. Проте, на наступному етапі цифрова техніка зробила безпрецедентний ривок за рахунок інтелектуалізації ЕОМ, у той час як аналогова техніка не вийшла за рамки засобів для автоматизації обчислень.

Після створення «EDVAC» людство усвідомило, які висоти науки і техніки можуть бути досягнуті тандемом «людина-комп’ютер». Цей напрям почали розвивати дуже динамічно, хоч тут також спостерігалася деяка періодичність, пов’язана з необхідністю накопичення певного багажу знань для чергового прориву. Почала розвиватись кібернетика, завдання якої були сформульовані в роботах американського вченого Норберта Вінера «Кібернетика, або управління і зв’язок в тварині та машині», «Кібернетика та суспільство». Н. Вінер висловив ідею, що багато концептуальних схем, які визначають поведінку живих організмів при вирішенні конкретних завдань, практично ідентичні схемам, які характеризують процеси управління в складних технічних системах.

Початок електронного етапу датується часом винаходу Т. Едісоном першої електронної лампи – діод. Потім Лі де Форест помістив третій електрод, і з’явилась трьохелектродна лампа – тріод. На основі тріодів уже можна було створювати електронні швидкодіючі реле тригери – основні елементи ЕОМ. Істотними недоліками лампової реалізації ЕОМ були низька економічність, електронні лампи споживали багато енергії та виділяли багато тепла, а також займали великий обсяг і, саме головне, були ненадійними. Вихід з ладу всього однієї з декількох тисяч ламп міг повністю припинити роботу ЕОМ. В 1947 р. У. Шоклі, Дж. Бардін і У. Браттейн винайшли принципово новий електронний пристрій – транзистор. Цей винахід був позбавлений більшості недоліків електронних ламп і дозволив сконструювати першу мініЕОМ. Нові типові вузли й модулі майже на порядок зменшили розміри комп’ютерів і підвищили їхню надійність. Перші комп’ютери на основі транзисторів з’явилися наприкінці 50-х рр., а до середини 60-х рр. були створені й значно компактніші зовнішні пристрої для комп’ютерів, що дозволило фірмі «Digital Equipment» випустити в 1965 р. перший міні-комп’ютер «PDP-8» розміром з холодильник і вартістю всього 20 000 дол. (комп’ютери 40-х і 50-х рр. зазвичай коштували мільйони доларів).

Після появи транзисторів найбільш трудомісткою операцією при виробництві комп’ютерів було з’єднання й спайка транзисторів для створення електронних схем. Але в 1959 р. Роберт Нойс (майбутній засновник фірми «Intel») винайшов спосіб, що дозволяв створювати на одній пластині кремнію транзистори та всі необхідні з’єднання між ними. Отримані електронні схеми стали називатися інтегральними схемами, або чіпами. В 1967 р. фірма «Burroughs» випустила перший комп’ютер на інтегральних схемах, а 1970 р. фірма «Intel» почала продавати інтегральні схеми пам’яті. Надалі кількість транзисторів, що вдавалося розмістити на одиницю площі інтегральної схеми, збільшувалося приблизно вдвічі щороку.

В цей період в СРСР виникла інфраструктура, яка підтримує кібернетиків. Своїм виникненням вона зобов’язана цілеспрямованій та плідній діяльності таких учених як О.А.Ляпунов, А.І. Кітов, А.А. Марков, В.М. Глушков та інших. Важливу роль відіграв академік А.І. Берг для становлення та розквіту цієї науки. В 1959 р. під керівництвом А.І. Берга була створена Наукова рада по комплексній проблемі «Кібернетика» при Президії АН СРСР.

Перші ЕОМ на інтегральних схемах були розроблені в США в 1961-1962 рр. Це спеціалізовані бортові машини, у яких головним достоїнством була не швидкодія, а мініатюризація. У квітні 1964 р. фірма «IBM» оголосила про випуск серії машин інтегральної технології та методів мініатюризації дискретних транзисторних елементів. Сімейство IBM/360 відіграло значну роль у світовому розвитку комп’ютеризації, оскільки високі технічні характеристики поєднувались із низькою собівартістю. Крім того, це була безпрецедентна серія сумісних ЕОМ із широким діапазоном можливостей, яка була заснована на модульній архітектурі й асортименті різних пристроїв, які дозволяли більше варіювати набором апаратури для конкретної конфігурації моделі.

До початку 60-х рр. у СРСР можна виділити дві тенденції. Перша – широке розгортання робіт в області теорії обчислювальних машин, програмування та впровадження обчислювальної техніки в різноманітні області. Друга – відставання від провідних країн, яке почалося в області створення нових поколінь ЕОМ, оскільки копіювались розробки фірми «IBM», а не вкладались кошти у власні розробки.

Цей розрив не відразу позначився на розвитку теоретичних основ інформатики. За період 60-х та 70-х рр. в країні сформувалися нові напрямки кібернетики: теорія керуючих систем, теорія побудови інформаційних систем, математична теорія планування експерименту, біокібернетика, розпізнавання образів, роботи в області штучного інтелекту, застосування кібернетики в навчанні та ін.

Еволюція «традиційних» машин, аж до третього покоління, характеризувалася багато в чому однотипними перетвореннями: підвищення швидкодії, збільшення оперативної та зовнішньої пам’яті, логічне ускладнення пристроїв, кількісний ріст обсягу елементів, з одного боку, і здешевлення, мініатюризація, удосконалення технології виготовлення, з іншого. Цей еволюційний розвиток був порушений появою міні- та мікроЕОМ, з одного боку, і суперкомп’ютерів з паралельними обчисленнями, з іншого.

Наприкінці 70-х рр. багато провідних учених в області систем обробки даних, що висловлювалися і раніше про наближення кризи традиційних ЕОМ, прийшли до висновку про необхідність відмови від основних концепцій нейманівської архітектури та створення обчислювальних систем на якісно нових принципах. Ідея розробки ЕОМ п’ятого покоління була висунута в 1979 р. у Японії. Однак, незважаючи на грандіозність планів, по закінченні десяти років, що відводяться не реалізацію проекту, ідеології та архітектури комп’ютерів п’ятого покоління розроблювачам створити не вдалося.

Американський учений, психолог, фахівець із поводження людини, співробітник Масачусетського технологічного інституту Джозеф Карл Ліклайдер одним з перших зробив висновок, тривіальний з погляду сьогоднішнього дня: «основна частина часу вченого йде на механічну роботу, яку можна доручити комп’ютеру», він зрозумів, що комп’ютер варто використовувати як засіб автоматизації рутинної роботи.

Сьогодні важко кого-небудь здивувати подібним умовиводом, але в середині п’ятдесятих, коли практично всі молоді таланти, наближені до комп’ютерів, цікавилися, в основному, високими науковими проблемами, наприклад, завданнями штучного інтелекту, а практична ідея створення «електронного клерка» не могла привернути до себе помітного інтересу.

Термін «інформатика» в 80-і рр. одержав широке поширення, а термін «кібернетика» поступово вийшов з обігу.

Перший крок до нової інформаційної технології був зроблений, коли комп’ютер став застосовуватися при вирішенні практичних завдань. Наприклад, таких, як керування діяльністю підприємств, планування, інформаційний пошук і т.д. Успіх застосування комп’ютерів у діловій сфері був визначений тим, що, по-перше, функціонування промислових і державно-управлінських сфер ускладнилося настільки, що вимагало переробки колосальних обсягів інформації. По-друге, комп’ютери виявилися тим самим виробничим засобом, який зумів взяти на себе автоматизовану переробку гігантських обсягів рутинної інформації, звільнивши при цьому людину для вирішення творчих завдань. Однак на цьому етапі комп’ютери були ще віддалені від широких мас, а посередником у спілкуванні виступали професійні програмісти.

За всіма показниками темпи мікропроцесорної революції не мають собі рівних – вони навіть перевершують інтенсивність розвитку звичайних засобів обчислювальної техніки. Час, що пройшов між винаходом мікропроцесорів і впровадженням 32-розрядної архітектури, становить 10 років, тобто майже вдвічі менше, ніж для ЕОМ.

Рис. 14. Гордон Мур

Один із засновників «Intel», Гордон Мур (рис. 14), готуючи в 1965 р. матеріал для презентації, виявив, що ємність кожної нової мікросхеми пам’яті приблизно дорівнює подвоєній ємності її попередниці, а строки зміни поколінь майже не змінюються та становлять близько 20 місяців. Саме дивне, що «закон Мура», як назвали цю закономірність, справедливий і дотепер. А експонентний ріст кількості транзисторів на одному кристалі привів до того, що зараз комп’ютери стали доступні кожному.

Постійно зростаючі потреби суспільства, виникнення усе більш складних завдань стали причинами розвитку та удосконалення обчислювальної техніки. Відкриття феномена персонального комп’ютера в США пов’язують із ім’ям Стіва Джобса – засновника та керівника фірми «Apple Computer. Inc». В 1976 р. була створена «Apple I», перша персональна ЕОМ, що призначалася в основному, для відеоігор, але мала можливості програмування. В 1977 р. був реалізований другий проект – «Apple II», що представляє собою витончений пластиковий корпус із убудованою в нього клавіатурою. Уперше персональний комп’ютер набув вигляду побутового приладу. Після довгих пошуків в 1984 р. фірма «Apple» випустила в продаж комп’ютер «Macintosh», що мав високоякісний монітор і пристрій «миша». Успіх молодої фірми був приголомшуючим. Але разом з успіхом виникла гостра конкуренція.

У серпні 1981 р. фірмою «IBM» був випущений новий комп’ютер під назвою «IBM PC», який незабаром набув великої популярності у користувачів. В 1983 р. фірма розробила нову модель – «IBM PC/XT» (рис. 15), головною особливістю якої став накопичувач на твердому магнітному диску типу «вінчестер» ємністю 10 Мбайт і розширена оперативна пам’ять ємністю 256 Кбайт. В 1984 р. фірма оголосила про випуск моделі «IBM PC/AT», побудованої на базі 16-розрядного мікропроцесора Intel 80286. Фактично «IBM PC» став стандартом персонального комп’ютера.

Рис. 15. Комп’ютер «IBM PC/XT»

В СРСР широкого поширення набули ПЕОМ таких моделей, як «Електроніка ПК-0010», «Агат», «Корвет», «Іскра» та ін.

Персональний комп’ютер «Електроніка ПК-0010» – перший комп’ютер, розроблений спеціально для індивідуального користування в побуті (абревіатура ПК означає «побутовий комп’ютер»). Такий комп’ютер використовувався як інструмент інженера, науковця, педагога або учня, він виконував функції картотеки, довідника, словника, партнера в численних електронних іграх.

МікроЕОМ типу «Іскра-226» (рис. 16) та інші модифікації цього мікрокомп’ютера були розраховані на автоматизацію наукових досліджень, вирішення планово-економічних завдань і нагромадження даних, створення систем обробки даних і т.д.

Діалоговий обчислювальний комплекс (ДВК) «Електроніка НЦ – 80-20» використовувався для автоматизації робіт з інформацією, в інформаційно-довідкових системах, а також у системах обробки текстової та графічної інформації.

Рис. 16. МікроЕОМ «Іскра-226»

Рис. 17. Комп’ютер «Агат»

Інформаційно-навчальний обчислювальний пристрій «Агат» (рис. 17) було призначено для застосування в системі шкільної та професійно-технічної освіти, у системі побутового обслуговування населення, у медицині та т.п. Комп’ютер «Агат» по своїх характеристиках прирівнювався до персонального комп’ютера «Apple II» і був з ним програмно сумісний.

Обрана лінія розвитку технічних засобів не сприяла подальшому розвитку персональних комп’ютерів вітчизняного виробництва.

Індустрія персональних комп’ютерів визнала своїм лідером фірму «IBM». З’явилися сотні фірм («Compaq», «Dell», «Acer», «Daewoo», «Samsung» та ін.), які випускали ЕОМ, схожі на персональні комп’ютери «ІВМ» або які працювали сумісно з ними.

Поява персонального комп’ютера привело до комп’ютеризації суспільства (під цим терміном розуміють техніку, математичні методи та спеціальне програмне забезпечення, які застосовують для збору, зберігання та обробки інформації, що використовується в різних процесах керування, для навчання, а також для одержання різних інформаційних та обчислювальних послуг). З її виникненням на перший план вийшли завдання, пов’язані з комп’ютерним освоєнням наявних інформаційних фондів і навчанням комп’ютерної грамотності населення.

Усе сильніше інформація ставала вирішальним фактором у світовій політиці, економіці, науковій та дослідницької діяльності. Зростала потреба в засобах структурування, нагромадження, зберігання, пошуку та передачі інформації. Задоволення саме цих потреб і стало метою створення та розвитку комп’ютерних мереж. Комп’ютерна мережа являє собою комунікаційну систему, що дозволяє користувачам спільно використовувати ресурси комп’ютера, а також периферійні пристрої (принтери, диски, модеми та ін.), які підключені до мережі.

Якщо мережа охоплює невелику територію з відстанями між окремими ПК до 2 км, то вона називається локальною обчислювальною мережею (перша у світі ЛОМ була створена в 1964 р. Дональдом Девісом). У випадку доступу до інформації користувачам, які перебувають у різних містах, використовуються регіональні мережі (перша регіональна обчислювальна мережа WAN (Wide-Area Network) була створена Ларрі Робертсом і Томасом Маріллом в 1965 р.), що поєднують комп’ютери в межах одного регіону (міста, країни, континенту).

Потреби формування єдиного світового інформаційного простору призвели до створення глобальної комп’ютерної мережі Інтернет, яка надає реальну можливість швидкого та зручного доступу користувача до всієї інформації, накопиченої людством за всю історію. Можливості мережі Інтернет поставили перед суспільством і, зокрема, перед освітою додаткові завдання, які пов’язані з підготовкою людей до їхнього використання в професійній діяльності; формуванню інформаційної культури особистості; педагогічними, дидактичними, методичними та іншими питаннями застосування телекомунікацій у педагогічному процесі.

Потенційні можливості комп’ютера різко зросли з появою мультимедіа-технологій. Графіка, анімація, фото, відео, звук, текст в інтерактивному режимі роботи створюють інтегроване інформаційне середовище, у якому користувач знаходить якісно нові можливості.

У жовтні 1991 р. фірма «IBM» уперше представила широкій публіці систему «IBM PS/2 Multimedia SLC System». Саме цю дату прийнято вважати початком епохи мультимедіа, хоча вона деякою мірою є умовною, тому що розробка цієї системи почалася трохи раніше.

Перші згадування про мультимедіа відносять до тих часів, коли люди ще не знали, що таке комп’ютер. Наприклад, у словнику Брокгауза слово «мультимедіа» було включено більше двадцяти років тому. Цей термін уперше з’явився в 17-му виданні словника (1966-1973 рр.). У ті роки цей термін пов’язувався із книгами, журналами, рекламними телепередачами, засобами масової інформації.

Традиційно термін «мультимедіа» означав сукупність засобів для обробки та подання відео-, аудіо- і друкованої інформації, а на даний цей час трактування цього терміна трохи розширилося: тепер він охоплює й комп’ютерні засоби обробки інформації.

Мультимедіа являє собою новий рівень обробки інформації. Це означає, що відеоряди, текстова та аудіоінформація можуть бути довільним чином скомпоновані, змінені або відображені в іншій формі подання даних. Завдяки цьому відкриваються широкі можливості для творчості, які донедавна можна було реалізувати тільки в професійних агентствах і студіях.

У зв’язку зі спрощенням процесу створення мультимедійних додатків, з появою засобів, які дозволяють розробляти програми практично без програмування, зростає кількість мультимедіа-видань. Як правило, каталоги містять наступні розділи: енциклопедії та довідники, освіта, розваги, навчальні ігри, розвиваючі ігри та т.д. Мультимедіа технології поставили перед освітою додаткові завдання, пов’язані з розробкою вимог, які повинні задовольняти навчальні програми. Це дало поштовх для розвитку презентаційних технологій, які дозволяють підвищити ефективність відтворення комп’ютерного зображення, демонструвати ділові, навчальні програми, рекламні презентації.

Впровадження мультимедіа в сферу телекомунікацій стимулювало бурхливий розвиток нових застосувань, наприклад, роботу в інтерактивному режимі, негайний зворотний зв’язок, зберігання великих обсягів різної інформації та т.д.

Розвиток комп’ютерної техніки та інформаційних технологій у порівнянні з іншими областями життєдіяльності людини перебуває в постійній динаміці, причому темпи розвитку з кожним роком зростають. Комп’ютерна техніка зараз настільки глибоко увійшла у всі сфери людського життя, що ніякий огляд її сучасного стану не може розраховувати на якусь повноту. Визначимо наступну хронологічну послідовність розвитку елементної бази обчислювальної техніки:
I. Доелектронний етап:
- Домеханічний (інструментальна рахівниця) – із 3-4 000 рр. до н.е.
- Механічний (механічні рахункові пристрої) – із серед. XVII ст.
- Електромеханічний (релейні машини) – з 90-х рр. XIX ст.
ІІ. Електронний етап: >
Покоління ЕОМ Компонентна база комп’ютерівПочаток виробництва в різних країнах
Перше Електронні лампиСША–1939 р., Великобританія–1949 р., Німеччина–1938 р., СРСР–1951 р., Австралія–1949 р.
Друге ТранзисториСША – 1958 р., Великобританія – 1958 р., Німеччина – 1958 р., СРСР – 1960 р., Японія – 1958 р., Франція, Італія – 1960 р.
Третє Інтегральні мікросхемиСША – 1964 р., Великобританія – 1966 р., Німеччина – 1966 р., СРСР–1970 р., Японія –
1966 р., Голландія –
1968 р.
Четверте Великі та надвеликі інтегральні схемиСША – 1971 р., СРСР – 1975 р.
П’яте Перехід до нових технологій і архітектури, орієнтованої на створення штучного інтелекту: молекулярні комп’ютери; біокомп’ютери; квантові комп’ютери; оптичні комп’ютери.У 1982 р. в Японії був заснований комітет з розробки комп’ютерів нових поколінь, який визначив такі основні вимоги до комп’ютерів п’ятого покоління.
IІІ. Комп’ютерні мережі:
- Поява машин з режимом поділу часу, розробка принципів комутації пакетів – з 1945 р.
- Запровадження в дію мережі ARPANET – 1969 р.
- Глобальна комп’ютерна мережа Інтернет – 80 рр. XX ст.
ІV. Мультимедіа-технології – початок 90-х рр. XX ст.